Principio de diseño del ventilador de flujo axial

En vista de la contradicción entre la baja presión de aire en el rendimiento de los ventiladores de aire acondicionado y el requisito de un gran volumen de aire y bajo nivel de ruido en su uso, este estudio seleccionó un prototipo de ventilador de flujo axial con excelente rendimiento para aire acondicionado como modelo de investigación comparativo para diseño de barrido curvo. La estructura básica del prototipo: diámetro exterior del impulsor 409 mm, diámetro del impulsor 120 mm, relación del impulsor 0,29, número de palas 4, caudal 2220 m3/h, presión estática 20 Pa, velocidad 880 r/min. El diseño del nuevo ventilador se basa en la premisa de asegurar el caudal, centrándose en mejorar la distribución interna del flujo del ventilador para reducir el ruido.
El diseño del nuevo ventilador se basa en investigaciones previas sobre dinámica de fluidos y en métodos de diseño cuasi{0}}D existentes, utilizando tecnología de flexión de vanguardia y acoplamiento CFD/CAD. Las características estructurales del prototipo típico de rueda eólica se estiman mediante CAD, y el software comercial FLUENT se utiliza para realizar cálculos CFD 3D completos para examinar sus características de flujo externo e interno, y comparar y analizar con resultados experimentales; se utiliza el método convencional para realizar un diseño preliminar del impulsor cuasi-3D y se realizan cálculos CFD para examinar sus características de flujo externo e interno; se comparan y analizan los resultados CAD/CFD del ventilador prototipo y el nuevo ventilador, y se ajustan los parámetros relevantes del diseño inicial para lograr un mejor plan de diseño aerodinámico; CFD se utiliza para predecir el rendimiento del ventilador después del ajuste, y los parámetros relevantes se ajustan aún más de acuerdo con los resultados del cálculo para optimizar aún más el ventilador.
Además, en el diseño se deben considerar parámetros como la longitud de la cuerda de la pala, el ángulo de instalación de la pala, el ángulo de inclinación de la pala y la línea de arco medio del perfil aerodinámico. Estos parámetros están optimizados y razonablemente combinados entre sí para mejorar el rendimiento aerodinámico-acústico del ventilador.
Teniendo en cuenta los factores anteriores, se diseña la estructura básica del nuevo ventilador: el diámetro exterior del ventilador es 408 mm, el diámetro del impulsor es 100 mm, la relación del impulsor es 0,245, el número de aspas es 4 , la longitud de la cuerda de la punta de la hoja/raíz de la hoja es de 276/80 mm, el ángulo de curvatura hacia adelante es de 44 grados y el ángulo de barrido hacia adelante es de 20 grados.
En la misma unidad exterior se simula numéricamente el ventilador prototipo y el nuevo ventilador respectivamente. La máquina real se simplifica adecuadamente en el cálculo y no se considera la influencia del intercambiador de calor, la rejilla de salida, el motor y su soporte, pero sí la entrada lateral.
Se utiliza el método de volumen finito para discretizar las ecuaciones de control y el campo de flujo estacionario tridimensional de toda la unidad exterior se resuelve implícitamente. Para el cálculo se utiliza el modelo de turbulencia de arcos de Spalart-Alm, el término de convección adopta el formato de diferencia de segundo orden contra el viento y el acoplamiento presión-grado se resuelve mediante el algoritmo estándar SIM PLE.
Debido a la complejidad del sistema de ventilador, todo el dominio de cálculo utiliza rejillas no estructuradas y el número total de rejillas es 110 x 104. El área donde se ubica el impulsor se define como el área de rotación, que tiene una gran cantidad de rejillas. Las condiciones límite de presión se utilizan tanto para la entrada como para la salida. La entrada está en condiciones atmosféricas y la salida recibe diferentes contrapresiones. Cuando el valor residual de cada cálculo es menor que 1 x 10-3, el cálculo se considera convergente.